JP4220840B2

JP4220840B2 - タンディッシュ内における介在物除去方法およびそれに使用する堰

Info

Publication number: JP4220840B2
Application number: JP2003167981A
Authority: JP
Inventors: 有人溝部
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP2005000957A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造においてタンディッシュ内で溶鋼中の非金属介在物を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造において、アルミナのような溶鋼中の非金属介在物は、製品の品質を低下させたり浸漬ノズル等のノズル孔を閉塞させる原因となる。この溶鋼中の非金属介在物を除去するための手段として、例えば、タンディッシュの底面の広い部分からアルゴンのような不活性ガスの小気泡を吹き込むことが特許文献１に開示されている。このガス吹き込みによって介在物を完全に除去しようとすると、多量のガスが必要となり、そのための、コストがかかり不経済であるばかりではなく、ガスを吹き込むための耐火物も大型となり、高価になる問題がある。
【０００３】
そこで、タンディッシュを堰などで仕切って、この堰などに溶鋼流路を設け、この溶鋼流路内でガスを吹き込むことで、比較的狭い範囲で介在物同士あるいは介在物と気泡との接触頻度を上げて、より効率的に非金属介在物を浮上分離することも検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献２には、タンディッシュ内に溶融金属の通路を設けた堰を設置し、この通路内を通過する溶融金属に旋回流を与えて非金属介在物を凝集肥大させる方法が開示されている。しかしながら、この方法において介在物を凝集肥大化するために求心力を与えるには、溶鋼流速をかなり大きくする必要がある。
【０００５】
この溶鋼流速の増大によって、溶鋼流路上流側と下流側のＴＤヘッド差が拡大し、また、下流側では流動が不安定になる。そのため、介在物の浮上が不十分になり、また、上昇した介在物が再度溶鋼中に巻き込まれたりして、モールド内に流出しやすくなる。また、この方法を実施するためには、設備的な問題で、形成された旋回流の全体的な流れの向きは水平方向にならざるを得ない。
【０００６】
そのため、ガスや介在物は旋回流の下部では旋回中心に向って浮くが、旋回流の上部では旋回中心とは逆向きになり、全体としてガスや介在物の浮き上がりの効果はない。
【０００７】
また、特許文献３には、タンディッシュを受鋼部と溶鋼排出部とに区切って中空耐火物で両部分を連結して溶鋼流路を形成し、この流路に乱流を形成するとともに同時にガスを吹き込むことで、介在物が衝突する頻度を上げて介在物を効果的に浮上させることが開示されている。しかしながら、この方法では、溶鋼流路が水平方向であるために、乱流による攪拌効果が不十分で介在物補足効果が不十分である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１２２８４７号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−２１６５４１号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平８−１２８９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、タンディッシュ内で溶鋼流路を形成し、そこに、ガスを吹き込み介在物を除去する方法において、溶鋼流路内の流速を必要以上に上げることなく十分な攪拌力を得ることで、介在物を浮上分離するための有効な手段を得ることである。
【００１２】
【発明を解決するための手段】
本発明者は、溶鋼の代わりに水を使った水モデル試験において、流路にガスを吹き込みながら途中で流路の向きを下方に変化させることによって流路内で強い攪拌効果が得られることを知見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１３】
水モデル試験は、図４から図６に示すようにタンディッシュを想定したアクリル板製の水槽で行った。この水槽は、水槽内の中央部を堰としてのアクリル板で仕切り、堰に断面が四角形をした１つの流路としての筒を有している。ガスは筒の入り口付近でポーラスれんがから空気を小さな気泡として吐出した。この四角形の筒は、断面積２５ｃｍ^２長さは２００ｍｍで、図４に示すストレートタイプと、図５に示す高さ５０ｍｍの階段状の段差を有するタイプの２つの筒を準備した。空気の流量は１０Ｌ／ｍｉｎ、水の流速は０．６ｍ／ｓｅｃとし側面から観察した結果をそれぞれ、模式図（ａ）と写真（ｂ）によって示す。
【００１４】
ストレートタイプは、図４の（ｂ）の写真で示すようにほとんどのガスは筒の上面を這うように移動しており、水と十分混ざり合っていないことが観察される。これに比べて、流路の向きが途中で下向きに９０°変化している図５の場合は、それぞれ（ａ）と（ｂ）に示すように、気泡が均一に分布し激しく攪拌していることが良くわかる。
【００１５】
このように、流路にガスを吹き込みながら、流路の向きを途中で下向きに変化させることで、大きな攪拌効果が得られることを確認した。これは、図６に示す流路において、流路の向きを下向きに変更したことによって、その向きが変化する箇所にガスと溶鋼の激しい旋回流が発生し、その位置に部分的な負圧部が発生することによるものと考えられる。
【００１６】
以上の水モデル実験結果をもとに、実際のタンディッシュでテストを実施した結果、介在物が減少する好結果が得られた。これは、溶鋼と気泡とが一緒になった強い攪拌によって溶鋼中の介在物同士が衝突して大きくなったり、あるいは気泡に介在物が同伴して、介在物が溶鋼流路から出たときに発生する上昇流によってタンディッシュの上部に浮上したためと考えられる。
【００１７】
すなわち、本発明のタンディッシュ内での介在物除去方法は、タンディッシュ内を堰によって仕切り、この堰に途中で下向きに変化せしめた溶鋼流路を形成し、この溶鋼流路を途中で下向きに角度が４５°〜１３５°の範囲で変化する階段状の段差によって水平方向から途中で下向きに変化し、その後、水平方向に変化せしめ、この溶鋼流路内において段差よりも上流側でガスを吹き込むタンディッシュ内で介在物を除去することを特徴とする。
【００１８】
溶鋼流の向きが途中で下向きに変化する溶鋼流路としては、流路に段差を形成することによって負圧部の発生は著しくなる。
【００１９】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図３に示す堰の実施例に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明で使用する堰の第１の実施例に係る垂直断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図を示す。
【００２１】
これらの図において、タンディッシュ１は、堰２によって仕切られている。堰２に設けられた溶鋼流路３は階段状の段差によって水平方向から途中で下向きに変化し、その後、水平方向に変化している。
【００２２】
この溶鋼流路３は、断面が１辺の長さが５０ｍｍの正方形をしており、全長は２００ｍｍ、段差の高さは５０ｍｍであって、全部で４つ形成されている。また、溶鋼流路３の入口側の底面にはガス吹き込み用の耐火物としてポーラスれんが４を配置している。ポーラスれんが４の下にはガスを導入するための金属製のパイプ８が配置されている。タンディッシュの上流部は取鍋５からロングノズル６を通って溶鋼を受け、下流部は浸漬ノズル７から図示していないモールドへ溶鋼を排出する。
【００２３】
本発明において、堰２に設けた溶鋼流路３は、途中で下向きに変化させるが、その変化の程度は、下向きに変化する角度が大きい程大きな攪拌効果が得られ、具体的には、３０〜1５０°の範囲であれば効果が得られるが、４５〜１３５°がより好ましい。
【００２４】
ここで言う角度は流れの方向を示す２つのベクトルのなす角度である。１３５°を超える場合には耐火物の耐用性及び圧力損失の面から問題があり、４５°未満では十分な攪拌力が得られ難い。
【００２５】
また、溶鋼流路３が下向きに変化するコーナー部は鋭角になっている方がより大きな負圧が発生しやすいが、耐火物の耐用性を考慮し角を丸くしてＲをつけても良い。Ｒは溶鋼流路の水力直径の１／２程度までが好ましい。１／２を超えるＲは攪拌効果が不十分となる。
【００２６】
溶鋼流路３が下向きに変化する部分の溶鋼流路の面積は、変化しても、とくに問題ないが、大きくなりすぎると平均流速が低下し攪拌効果が減少する。このため溶鋼流路３の面積の広がりは最大２倍までで、好ましくは０．５〜１．５である。面積が小さくなっても、基本的には攪拌効果は得られるが、詰まりの問題が出てくる。溶鋼流路の断面積と数は、タンディッシュの大きさや引き抜き速度等によって決まるが、一般的には断面積が４〜３００ｃｍ^２のものを1つの堰に１〜１０個設ける。流路の断面形状は、正方形だけではなく、多角形、丸形、楕円形などでも良い。
【００２７】
ガスは、攪拌力を得るためと、介在物と接触し補足するために溶鋼流路内に吹き込む。ガスを吹き込む位置は溶鋼流路の方向が下向きに変化する地点より上流側であればよく、とくに、特定されない。溶鋼流路内では攪拌力が非常に大きいので溶鋼流路の上面や側面から吹き込んでも問題ない。また、溶鋼流路外の入口側から気泡としてガスを吐出しても良い。気泡を吹き込むための耐火物は通常ガス吹き込み用耐火物として一般的に使用されているポーラスプラグ、バブリングノズル等を利用することもできる。さらに溶鋼流路内全面からガスを吐出しても構わない。ガスはアルゴンガスなど、不活性ガスを使用する。ガスの配管は堰２に埋め込んで堰の上面から出しても良い。また、タンディッシュの底に孔を設けて、底からパイプ８を出しても良い。
【００２８】
堰２は、一般的に使用されている耐火物の堰に溶鋼流路３としての貫通孔を形成したものである。貫通孔は後で加工しても良いし、型を使用して成形しても良く、一般的な方法で得られる。また、堰は一体化したものでなくても問題なく、上部堰と下部堰など複数の堰を組合わせて溶鋼流路を形成することもできる。
【００２９】
また、堰２に設けた溶鋼流路３の一部あるいは全部をガス吹き用耐火物で形成することもできる。堰２は１つのタンディッシュに複数設けても良い。さらに、この堰の下流側に、第２の堰として下堰を設けても良い。この下堰により溶鋼流路から出た溶鋼の流れを上向きにして流速を下げることができる。
【００３０】
堰２に設けた溶鋼流路３としては種々の形態を採ることができる。図３の各図はそれぞれの形態を垂直断面によって示すもので、右側が上流側であり、溶鋼流路の向きの変化は矢印によって示している。（ａ）は溶鋼流路の向きが４回変化するが、そのうち１回が下方向に９０°変っているものである。（ｂ）は溶鋼流路の向きが約４５°で斜め下方向に変っている。（ｃ）は溶鋼流路の向きは４回変るが、そのうち２回下方向に９０°変るものである。（ｄ）は角にＲを設けて滑らかに溶鋼流路の向きが下方向に４５°変るものである。（ｅ）は溶鋼流路の向きは２回変るが、そのうち１回は下方向に１２５°変るものである。
【００３１】
本発明のタンディッシュ内で介在物を除去する方法を実施するに際しては、溶鋼の流速は２０〜２００ｃｍ/sec、ガスは通過溶鋼量の３〜２０％の範囲で行えば、介在物除去効果が得られる。ここで、通過溶鋼量とは、モールドへの注入体積であり、ガスの量は標準状態でのガスの量である。
【００３２】
前記図１と図２に示すタンディッシュと堰を使用してアルミキルド鋼を６００Ｔ（取鍋３杯）、約４時間鋳造後、浸漬ノズル７の断面を観察すると吐出口付近のアルミナ付着量（平均厚み）が従来の１／３に減少したことを確認した。また、鋳片断面の介在物数を観察したところ、従来の１／２に減少していた。従来例はストレートの溶鋼流路を使って同じ条件で鋳造テストをしたものである。
【００３３】
【発明の効果】
ダンディシュ内で非金属介在物を浮上分離できるので、連続鋳造用ノズルの閉塞がなくなり、耐用性が向上した。また同時に鋼中の介在物が減少し鋼の品質が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する堰の第１の形態の垂直断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図を示す。
【図３】本発明で使用する堰の形態例を示す。
【図４】流路の向きが変化しない流路での水モデル実験の模式図を示す。
【図５】流路の向きが途中で下向きに９０°変化する流路での水モデル実験の模式図を示す。
【図６】流路の向きが途中で下向きに９０°変化する流路での渦の発生状態を説明する水モデル実験の説明図である。
【符号の説明】
１タンディッシュ２堰３溶鋼流路
４ポーラスれんが５取鍋６ロングノズル
７浸漬ノズル８パイプ

Claims

タンディッシュ内を堰によって仕切り、
この堰に途中で下向きに変化せしめた溶鋼流路を形成し、
この溶鋼流路を途中で下向きに角度が４５°〜１３５°の範囲で変化する階段状の段差によって水平方向から途中で下向きに変化し、その後、水平方向に変化せしめ、
この溶鋼流路内において段差よりも上流側でガスを吹き込むタンディッシュ内で介在物を除去する方法。
タンディッシュ内を仕切る堰であって、
溶鋼を通過するための溶鋼流路を有し、この溶鋼流路が途中で下向きに角度が４５°〜１３５°の範囲で、水平方向から途中で下向きに変化し、その後、水平方向に変化している段差を設け、
かつ、ガスを吹き込む位置を溶鋼流路において段差よりも上流側に設けたタンディッシュ内での介在物の除去に使用する堰。